"Биология. Общая биология. Профильный уровень", Захаров В.Б. и др.
Круговорот веществ — это повторяющийся переход химических элементов между организмами и неживой природой. Он позволяет использовать элементы снова: растения включают воду, углекислый газ и минеральные вещества в органические соединения, животные получают их с пищей, а редуценты возвращают в среду после разложения остатков. Вещество меняет форму, а не исчезает бесследно. В отличие от него энергия проходит через экосистему в одном направлении и рассеивается.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Круговорот веществ — многократное перемещение и превращение химических элементов между живыми организмами и компонентами неживой природы. При этом элементы не исчезают после использования, а переходят из одной формы в другую. Понятие помогает проследить, откуда организмы получают вещества и куда они возвращаются.
Биогенный круговорот — обмен веществом между организмами и окружающей средой, обусловленный жизнедеятельностью организмов. Например, поглощение углекислого газа при фотосинтезе и выделение его при дыхании связывают живые организмы с атмосферой. Это понятие подчёркивает роль жизни в перемещении веществ.
Продуценты — организмы, создающие органические вещества из неорганических, главным образом используя энергию света. К ним относятся растения, водоросли и некоторые бактерии. Благодаря продуцентам неорганические вещества среды включаются в состав органики, которой затем питаются другие организмы.
Редуценты — организмы, разлагающие органические остатки и возвращающие минеральные вещества в окружающую среду. Важнейшие редуценты — многие грибы и бактерии. Их деятельность делает элементы вновь доступными продуцентам и завершает переход веществ через живую часть экосистемы.
В экосистеме вещества не исчезают после того, как организм использовал их, потому что химические элементы сохраняются при обычных биологических превращениях. Меняются соединения и место нахождения элементов: они могут оказаться в клетках, почве, воде или воздухе. Поэтому круговорот связывает живую и неживую части природы, а не просто описывает питание организмов.
Продуценты поглощают из среды воду, углекислый газ и растворённые минеральные вещества. При фотосинтезе они используют энергию света, чтобы создавать органические соединения из неорганических. Так элементы, прежде находившиеся в воздухе, воде или почве, входят в состав живой ткани. Без этого шага большая часть организмов не имела бы доступного источника органического вещества.
Затем вещества переходят от продуцентов к консументам по цепям питания: например, травоядное съедает растение, а хищник может съесть травоядное. Организмы используют полученные соединения для построения тела и получения энергии, но часть веществ выделяется с продуктами обмена. После гибели организма его тело и выделения становятся органическими остатками. Так элементы покидают организм, но остаются в экосистеме.
Редуценты разрушают сложные органические вещества остатков до более простых соединений. В результате образуются, в частности, неорганические вещества, которые возвращаются в почву или воду и могут быть поглощены продуцентами. Если разложение замедляется, возврат элементов тоже становится медленнее. Поэтому работа грибов и бактерий поддерживает доступность минерального питания и продолжение круговорота.
Круговорот веществ нельзя смешивать с движением энергии. Одни и те же химические элементы могут проходить через организмы и среду многократно, тогда как энергия поступает в экосистему, передаётся при питании и рассеивается в виде тепла. По этой причине энергия не возвращается к продуцентам в исходном виде. Экосистема также не полностью замкнута: вещества могут поступать извне и покидать её, даже если многие из них используются повторно.
Таблица показывает, какие вещества входят в каждый этап и что происходит с ними дальше. Прослеживай переходы по строкам: сначала элементы включаются в органику, затем перемещаются между организмами и возвращаются в среду. Так легче увидеть, почему выпадение одного этапа может замедлить весь круговорот.
| Участник или процесс | Исходные вещества | Что происходит | Результат для круговорота |
|---|---|---|---|
| Продуценты | Вода, углекислый газ, минеральные вещества | Создают органические вещества из неорганических | Включают элементы среды в состав организмов |
| Консументы | Органические вещества пищи | Питаются другими организмами, используют и преобразуют вещества | Передают элементы по цепям питания |
| Редуценты | Органические остатки и продукты выделения | Разлагают органику до более простых соединений | Возвращают элементы в доступные формы |
| Разложение органических остатков | Отмершие организмы и отходы | Органические соединения преобразуются в простые вещества | Подготавливает элементы к возвращению в среду |
| Поступление минеральных веществ в среду | Продукты разложения | Минеральные соединения попадают в почву или воду | Продуценты могут снова их поглощать |
Условие. Составьте последовательность перехода атома углерода из атмосферного углекислого газа через растение и травоядное животное обратно в атмосферу. Нужно указать процессы, которые перемещают атом между средой и организмами.
Ответ. Атмосферный CO₂ → органическое вещество растения → пища и ткани травоядного → CO₂ в атмосфере. Эта последовательность показывает перемещение одного элемента, хотя его химическая форма меняется.
Условие. В лесу резко сократились грибы и бактерии, разлагающие органические остатки. Определите, как это скажется на круговороте минеральных веществ в лесной экосистеме.
Ответ. Органические остатки будут разлагаться медленнее, а возвращение минеральных веществ в почву ослабнет. Это нарушит нормальный ход круговорота и может снизить устойчивость лесной экосистемы.
Условие. В пруд перестали поступать минеральные вещества извне, но в нём остались продуценты, консументы и редуценты. Объясните, почему круговорот может некоторое время продолжаться и почему пруд нельзя считать полностью замкнутым.
Ответ. Круговорот способен продолжаться некоторое время за счёт уже имеющихся запасов и разложения органики. Пруд не полностью замкнут, поскольку вещества могут обмениваться с окружающей средой; прекращение одного направления поступления не прекращает остальных обменов.
Ошибка — считать, что при круговороте вещества сохраняются в неизменных химических соединениях. Так думают, потому что слово «круговорот» напоминает движение по одному и тому же пути; на деле органика превращается в неорганические соединения и обратно. Проверка: проследи не только путь элемента, но и изменение формы вещества.
Редуценты не создают вещества из ничего, а преобразуют органические остатки. Их вклад иногда ошибочно принимают за появление новых минеральных элементов, хотя элементы уже содержались в органике. Проверь себя вопросом: откуда редуцент получил исходное вещество? Оно поступило с остатками организмов или отходами.
Нельзя считать круговорот веществ и поток энергии одним процессом. Путаница возникает потому, что оба связаны с пищевыми цепями, однако элементы возвращаются и используются повторно, а энергия рассеивается. Проверь себя: может ли энергия после рассеивания вернуться к продуцентам в исходной форме? Нет, поэтому поток энергии однонаправлен.
Экосистему не следует представлять полностью замкнутой. Повторное использование элементов внутри неё создаёт такое впечатление, но вещества могут поступать из окружающей среды и уходить из неё. Чтобы проверить ответ, различай внутренние переходы и обмен экосистемы с внешней средой.
Для понимания круговорота нужно знать роли продуцентов, консументов и редуцентов: эти группы связывают среду, пищевые цепи и разложение остатков. Понадобятся также основы фотосинтеза и питания организмов, объясняющие включение веществ в органику и её передачу. Круговорот помогает разбираться в устойчивости экосистем и последствиях нарушения природных сообществ. Например, сокращение редуцентов влияет на возвращение минеральных веществ, а значит, и на условия жизни продуцентов.
Почему круговорот веществ называют круговоротом, если вещества постоянно покидают экосистему?
Название отражает многократное использование элементов, а не полную замкнутость экосистемы. Часть веществ может поступать извне или покидать экосистему, но многие элементы переходят между организмами и средой снова и снова.
Какие организмы возвращают минеральные вещества в почву?
Главную роль играют редуценты — прежде всего многие бактерии и грибы. Они разлагают органические остатки до простых неорганических соединений, часть которых становится доступной растениям.
Чем круговорот веществ отличается от потока энергии?
Химические элементы могут многократно переходить из среды в организмы и обратно. Энергия же передаётся по цепям питания в одном направлении и рассеивается, поэтому к продуцентам в прежнем виде не возвращается.
Могут ли растения получать органические вещества непосредственно от редуцентов?
Обычно растения поглощают из среды воду, углекислый газ и минеральные вещества, а органические соединения синтезируют сами. Редуценты не служат для них прямым источником готовой органики: они возвращают элементы в доступные неорганические формы.
Почему без редуцентов нарушается устойчивость экосистемы?
Без редуцентов отмершие организмы и отходы накапливались бы, а разложение органики замедлилось бы. Минеральные элементы медленнее возвращались бы в почву и воду, поэтому продуцентам становилось бы труднее получать необходимые вещества.
5.2. Круговорот веществ в природе
